发展性语言障碍儿童的静息态脑电与语音感知探究
2026-03-24 来源:本站 点击次数:102
发展性语言障碍儿童的静息态脑电与语音感知探究
引言
内源性振荡反映了参与认知过程的大脑网络的自发活动。成人中不同频带的内源性活动与语言及语音感知处理相关，但典型和非典型发育儿童中此活动的发展情况尚不清晰。因此，一篇发表在Brain Sciences期刊上名为《Resting-State Electroencephalogram and Speech Perception in Young Children with Developmental Language Disorder》的文章探究了患有发展性语言障碍（DLD）的学龄前儿童、正常语言发展儿童（典型语言发展，TLD），以及成人在静息态脑电图中的差异。研究观察到成人的振荡功率显著低于儿童，但在儿童组间功率或大脑半球侧化方面没有差异，表明振荡活动反映了年龄差异，而非语言发展，此文章为儿童内源性振荡的研究提供了理论支撑。
本研究有27名西班牙语儿童和18名成人参与。儿童从位于圣地亚哥的同一所学前机构招募，分成16名发展性语言障碍儿童，和11名典型语言发展儿童。还包括了先前的18名西班牙语母语者成人数据。
语言感知测试有噪声言语测试和滤波言语测试。噪声言语测试要求参与者在多重说话者的嘈杂环境中识别嵌入的单词（信噪比为0，40dB SL），滤波言语测试包括识别1500赫兹低通滤波的单音节词（50dB SL）。
经过语言治疗师筛选和家长问卷调查后，符合标准的儿童进行第一次筛选，包括听力测试与手工任务。三个月后，通过筛选的儿童进行第二和第三次测试，收集脑电和行为数据。测试过程中，孩子们静静坐在照护人旁，连续记录3分钟的睁眼静息状态下的脑电；成人组数据只包括一次测试。
研究人员移除受噪声污染的数据，通过独立成分分析进行半自动清理眼动等伪迹。预处理后的脑电图被分割成长度为2秒的时间片段，计算2~60赫兹区间（步长0.5赫兹）每个通道的功率谱。功率被归类到θ波、α波、β波和γ波频带，在每个频带内进行平均。脑电振荡的偏侧化将脑电通道分为左侧和右侧，每个电极组内的频谱功率被平均，计算每个频率的偏侧化指数。
本研究涉及组内和组间分析，自变量为语言状况，包括典型语言发展、发展性语言障碍和成人。因变量包括（1）在θ波、α波、β波和γ波频带的平均带宽功率；（2）振荡偏侧化；（3）听觉噪声中语音和滤波语音测试的正确反应百分比。
研究结果
研究者评估了儿童噪声言语感知和滤波言语感知技能。儿童在噪声言语测试中数据呈正态分布，但在过滤语音测试中数据未呈正态分布。在噪声言语测试中，独立样本t检验显示组间差异不显著。在滤波言语测试中，典型语言发展组的正确分数中位数显著高于障碍组。
研究者计算了每组参与者的平均功率谱（图1）。所有三个组在α波段都显示出峰值，随后能量减少。在儿童组中，α峰值出现在略低于10 Hz的位置，而在成年人中则观察到10 Hz，典型语言发展组α峰值比发展性语言障碍组大。
研究者检验了不同组别在各个频带平均功率间的差异，基于13个前额中心电极的数据。表2展现了两个相关特征：（1）成人在所有频率上的功率均小于儿童，（2）成人在θ/α和α/β的比值均小于儿童。
一个偶然发现是频带功率比率明显的不同（图3）。发展性语言障碍儿童的θ/α功率比显著高于成人和典型语言发展儿童。成人的θ/β功率比显著小于两组儿童的比率，但在儿童组间没有差异。
研究者计算了所有参与者每个频带的侧化指数（图4）。成人和典型语言发展儿童的侧化模式在某种程度上相似，但发展性语言障碍组似乎不同。
每个参与者的侧化指数被分成一个低频区段（3-7 Hz），以及一个高频区段（20-45 Hz）（表3）。所有组的低频和高频振荡的平均值都接近于零，表明没有侧化现象。
表 3 各组侧化指数的描述性统计数据
表 4 偏侧化/不对称性指标的组内分析
研究者考察了儿童在语音知觉测试中的表现与静息态测量指标之间是否存在关联。噪声言语测试中正确答案百分比与平均γ波段功率没有显著相关性（图5a）；滤波言语测试中正确答案百分比与平均γ功率也没有显著相关性（图5b）；噪声言语测试与高频振荡侧化指数没有显著相关性（图5c）；滤波言语测试正确答案百分比与高频振荡侧化指数也没有显著相关性（图5d）；噪声言语测试（图5e）与θ/α功率比值没有相关性；尽管滤波言语测试分数和θ/α比率存在中等的负相关性，但经过α校正后并不显著（图5f）。
结论与展望
本研究发现典型语言发展儿童比发展性语言障碍儿童有更好的语音感知表现。成人在所有频段中的功率显著低于儿童，而儿童间的谱功率测量值并无差异。儿童的α峰值略低于成人的频率。偶然的发现是不同频带比率测量值间的显著差异，具有更好语言技能的儿童组θ/α频带比率更低，成人θ/β比率比儿童显著低，但儿童组间无差异。
关于侧化问题，发现在与音素或音节处理相关的振荡频率范围内，都未表现出显著的半球不对称性。并未发现言语感知表现与静息态脑电测量结果之间的关联，表明大多数的静息态皮层活动测量结果并不能反映参与者的语言状态或言语感知技能。
此研究还存在一些局限性：
1.儿童样本量较小；
2.成人组并非西班牙语单语者，可能会混淆双语对静息态功率测量影响；
3.言语感知测试主要反映的是听觉而非言语感知技能，未来的研究可使用更符合生态行为的测量方法；
4.频带功率和侧化度量受脑电差异、神经噪声、样本量小及效应量小的影响，未来可探究对谱功率依赖性较小的静息态脑电度量；
5.尚未了解到任何研究在4~6岁年龄组中检验功率和侧化度量，沿着这一方向探索对发展性认知研究具有重要意义。
原文链接
Campos, A., Loyola-Navarro, R., González, C., & Iverson, P. (2025). Resting-State Electroencephalogram and Speech Perception in Young Children with Developmental Language Disorder. Brain Sciences, 15(3), 219.
https://doi.org/10.3390/brainsci15030219
研究团队介绍
本文作者包括Ana Campos（来自伦敦大学学院耳科研究所，与圣塞巴斯蒂安大学言语听力科学专业），Rocio Loyola-Navarro（来自圣地亚哥都市教育科学大学特殊教育系，与智利大学先进教育研究中心），Claudia González（来自圣地亚哥独立城区市政教育管理局），Paul Iverson（来自伦敦大学学院言语、听力和语音科学系）。
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引言
内源性振荡反映了参与认知过程的大脑网络的自发活动。成人中不同频带的内源性活动与语言及语音感知处理相关，但典型和非典型发育儿童中此活动的发展情况尚不清晰。因此，一篇发表在Brain Sciences期刊上名为《Resting-State Electroencephalogram and Speech Perception in Young Children with Developmental Language Disorder》的文章探究了患有发展性语言障碍（DLD）的学龄前儿童、正常语言发展儿童（典型语言发展，TLD），以及成人在静息态脑电图中的差异。研究观察到成人的振荡功率显著低于儿童，但在儿童组间功率或大脑半球侧化方面没有差异，表明振荡活动反映了年龄差异，而非语言发展，此文章为儿童内源性振荡的研究提供了理论支撑。
论文信息
研究方法 本研究有27名西班牙语儿童和18名成人参与。儿童从位于圣地亚哥的同一所学前机构招募，分成16名发展性语言障碍儿童，和11名典型语言发展儿童。还包括了先前的18名西班牙语母语者成人数据。
语言感知测试有噪声言语测试和滤波言语测试。噪声言语测试要求参与者在多重说话者的嘈杂环境中识别嵌入的单词（信噪比为0，40dB SL），滤波言语测试包括识别1500赫兹低通滤波的单音节词（50dB SL）。
经过语言治疗师筛选和家长问卷调查后，符合标准的儿童进行第一次筛选，包括听力测试与手工任务。三个月后，通过筛选的儿童进行第二和第三次测试，收集脑电和行为数据。测试过程中，孩子们静静坐在照护人旁，连续记录3分钟的睁眼静息状态下的脑电；成人组数据只包括一次测试。
研究人员移除受噪声污染的数据，通过独立成分分析进行半自动清理眼动等伪迹。预处理后的脑电图被分割成长度为2秒的时间片段，计算2~60赫兹区间（步长0.5赫兹）每个通道的功率谱。功率被归类到θ波、α波、β波和γ波频带，在每个频带内进行平均。脑电振荡的偏侧化将脑电通道分为左侧和右侧，每个电极组内的频谱功率被平均，计算每个频率的偏侧化指数。
本研究涉及组内和组间分析，自变量为语言状况，包括典型语言发展、发展性语言障碍和成人。因变量包括（1）在θ波、α波、β波和γ波频带的平均带宽功率；（2）振荡偏侧化；（3）听觉噪声中语音和滤波语音测试的正确反应百分比。
研究结果
研究者评估了儿童噪声言语感知和滤波言语感知技能。儿童在噪声言语测试中数据呈正态分布，但在过滤语音测试中数据未呈正态分布。在噪声言语测试中，独立样本t检验显示组间差异不显著。在滤波言语测试中，典型语言发展组的正确分数中位数显著高于障碍组。
表 1 儿童组言语感知测试的描述性统计数据
研究者计算了每组参与者的平均功率谱（图1）。所有三个组在α波段都显示出峰值，随后能量减少。在儿童组中，α峰值出现在略低于10 Hz的位置，而在成年人中则观察到10 Hz，典型语言发展组α峰值比发展性语言障碍组大。
图 1 所有组的总功率及其头皮分布（来自所有电极的平均值）
研究者检验了不同组别在各个频带平均功率间的差异，基于13个前额中心电极的数据。表2展现了两个相关特征：（1）成人在所有频率上的功率均小于儿童，（2）成人在θ/α和α/β的比值均小于儿童。
表 2 每个频段平均带功率（µV²）的描述性统计
图2展示了13个前额中央电极上各频带功率的头皮分布图。总体而言，成人在所有频率上的功率显著低于儿童，但儿童各组之间没有差异。
图 2 每个频段的平均功率（额中央区电极）
一个偶然发现是频带功率比率明显的不同（图3）。发展性语言障碍儿童的θ/α功率比显著高于成人和典型语言发展儿童。成人的θ/β功率比显著小于两组儿童的比率，但在儿童组间没有差异。
图 3 θ/α比值与θ/β比值的各组平均排名
研究者计算了所有参与者每个频带的侧化指数（图4）。成人和典型语言发展儿童的侧化模式在某种程度上相似，但发展性语言障碍组似乎不同。
图 4 每个组在每个频率上的侧化指数 (a)成人；(b) 典型语言发展；(c) 发展性语言障碍
每个参与者的侧化指数被分成一个低频区段（3-7 Hz），以及一个高频区段（20-45 Hz）（表3）。所有组的低频和高频振荡的平均值都接近于零，表明没有侧化现象。
表 3 各组侧化指数的描述性统计数据
表4展示了组内分析的结果，所有组中均没有显著的不对称性。研究者同样比较了典型语言发展组、发展性语言障碍组和成人组之间低频和高频振荡的侧化指数，显示在低频和高频之间没有组间差异。
表 4 偏侧化/不对称性指标的组内分析
研究者考察了儿童在语音知觉测试中的表现与静息态测量指标之间是否存在关联。噪声言语测试中正确答案百分比与平均γ波段功率没有显著相关性（图5a）；滤波言语测试中正确答案百分比与平均γ功率也没有显著相关性（图5b）；噪声言语测试与高频振荡侧化指数没有显著相关性（图5c）；滤波言语测试正确答案百分比与高频振荡侧化指数也没有显著相关性（图5d）；噪声言语测试（图5e）与θ/α功率比值没有相关性；尽管滤波言语测试分数和θ/α比率存在中等的负相关性，但经过α校正后并不显著（图5f）。
图 5 儿童脑电图测量与言语感知表现之间的相关性
结论与展望
本研究发现典型语言发展儿童比发展性语言障碍儿童有更好的语音感知表现。成人在所有频段中的功率显著低于儿童，而儿童间的谱功率测量值并无差异。儿童的α峰值略低于成人的频率。偶然的发现是不同频带比率测量值间的显著差异，具有更好语言技能的儿童组θ/α频带比率更低，成人θ/β比率比儿童显著低，但儿童组间无差异。
关于侧化问题，发现在与音素或音节处理相关的振荡频率范围内，都未表现出显著的半球不对称性。并未发现言语感知表现与静息态脑电测量结果之间的关联，表明大多数的静息态皮层活动测量结果并不能反映参与者的语言状态或言语感知技能。
此研究还存在一些局限性：
1.儿童样本量较小；
2.成人组并非西班牙语单语者，可能会混淆双语对静息态功率测量影响；
3.言语感知测试主要反映的是听觉而非言语感知技能，未来的研究可使用更符合生态行为的测量方法；
4.频带功率和侧化度量受脑电差异、神经噪声、样本量小及效应量小的影响，未来可探究对谱功率依赖性较小的静息态脑电度量；
5.尚未了解到任何研究在4~6岁年龄组中检验功率和侧化度量，沿着这一方向探索对发展性认知研究具有重要意义。
原文链接
Campos, A., Loyola-Navarro, R., González, C., & Iverson, P. (2025). Resting-State Electroencephalogram and Speech Perception in Young Children with Developmental Language Disorder. Brain Sciences, 15(3), 219.
https://doi.org/10.3390/brainsci15030219
研究团队介绍
本文作者包括Ana Campos（来自伦敦大学学院耳科研究所，与圣塞巴斯蒂安大学言语听力科学专业），Rocio Loyola-Navarro（来自圣地亚哥都市教育科学大学特殊教育系，与智利大学先进教育研究中心），Claudia González（来自圣地亚哥独立城区市政教育管理局），Paul Iverson（来自伦敦大学学院言语、听力和语音科学系）。
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